Revista Facultad de Ingeniería Universidad de Antioquia

Triglyceride transesterification in heterogeneous reaction system with calcium oxide as catalyst

In this work, the behavior of the CaO as a potential catalyst for the transesterification of triglyceride towards biodiesel production was studied. The effect of the alcohol type, the ratio of alcohol/triacetin, the amount of catalyst, and the chain length of triglyceride on the catalytic behavior of CaO was analyzed. Total conversion was obtained at room temperature with a 6:1 molar ratio of methanol to triacetin over 1% of CaO, after 1 h. It was demonstrated that the whole reaction occurs in heterogeneous phase. During five reaction cycles the CaO maintained a high catalytic activity, showing its good stability. Additionally, it was established that the length of the triglyceride used influenced the transesterification reaction yield due to the steric hindrances and diffusional limitations in the fluid phase.

En este trabajo se estudió el comportamiento del CaO como potencial catalizador en la transesterificación de trigliceridos para la producción de biodiesel. Se analizó el efecto del tipo de alcohol, la relación molar alcohol/triacetina, la cantidad de catalizador y el tamaño de la cadena del triglicérido sobre su comportamiento catalítico. Los resultados mostraron que a temperatura ambiente, con una relación molar metanol/triacetina de 6 y 1% de CaO se logró conversión total de la triacetina en 1 h de reacción. Se demostró que la reacción ocurre en fase heterogénea. El CaO mantuvo una elevada actividad catalítica durante cinco ciclos de reacción, lo que demuestra su estabilidad en el sistema de reacción. Además, se pudo establecer que la longitud del triglicérido empleado influye en el rendimiento de la reacción de tranesterificación por causa de impedimentos estéricos y limitaciones difusionales en las fases fluidas.

Preparation and characterization of Mg-modified zirconias as catalysts for the direct synthesis of dimethyl carbonate (DMC)

In this work sol-gel zirconia was prepared using H2SO4, HNO3 or HCl as hydrolysis catalysts. Basic and acid sites of synthesized zirconia materials were characterized by XRD, BET, FTIR, CO2- TPD and NH3-TPD. FTIR spectra and TGA confirmed the presence of sulfate in the structure of samples prepared with H2SO4 as hydrolysis catalyst. Different molar ratios of Mg were incorporated by co-gellation on selected zirconia materials in order to improve their basic properties. Mg loading was determined by elemental analysis. The resulting materials were tested for the direct synthesis of dimethyl carbonate (DMC) from methanol and CO2. The addition of Mg to zirconia samples prepared with HCl as hydrolysis catalyst increased their CO2 adsorption capacity between 100 and 200°C. However, methanol conversions on these samples were lower than over unmodified zirconia samples.

Se preparó circonia por el método sol-gel usando H2SO4, HNO3 o HCl como catalizadores de hidrólisis. Los materiales resultantes se caracterizaron por DRX, BET, FTIR, desorción de CO2 con temperatura programada (TPD- CO2) y desorción de amoníaco con temperatura programada (TPD-NH3). Los espectros FTIR de las muestras preparadas con H2SO4 muestran bandas típicas de sulfatos, lo cual se confirmó mediante TGA. Adicionalmente, en algunos materiales seleccionados se incorporaron diferentes proporciones de Mg mediante co-gelación. La carga de magnesio de los materiales modificados se determinó por análisis elemental. Los materiales se ensayaron como catalizadores en la síntesis directa de carbonato de dimetilo (DMC) a partir de metanol y CO2. La incorporación de Mg incrementó la capacidad de adsorción de CO2 entre 100 y 200°C. No obstante, las conversiones de metanol obtenidas con estas muestras fueron menores a las de las muestras de circonia sin modificar.

Surface characterization of borated γ-alumina by using proton affinity distributions

Alúminas modificadas con diferentes contenidos de boro (2, 3, 5 y 8 % en peso de B2O3) fueron preparadas con el objeto de ser usadas como soporte de catalizadores de hidrotratamiento CoMo. Estos soportes fueron caracterizados mediante distribución de afinidad protónica (DAP) obteniendo información sobre los cambios causados por la introducción de boro en los grupos hidroxilos superficiales. Estos últimos son los sitios donde posteriormente se anclarán el Mo y el Co al soporte. En las curvas DAP de las alúminas modificadas con boro se encontraron dos nuevos picos, los cuales no pueden ser atribuidos a hidroxilos de la alúmina. Estos nuevos picos se hacen más grandes al aumentar el contenido de boro en la alúmina, hasta el punto, que en la curva DAP de la alúmina con 8 % de B2O3 son prácticamente los únicos picos presentes. Comparando las curvas DAP de las alúminas modificadas con boro con sus respectivos espectros infrarrojo, en las regiones de hidroxilos (3900-3400 cm-1) y esquelética (debajo de 2000 cm-1), fue posible asignar los nuevos picos que aparecen en las curvas PAD de las alúminas modificadas con boro, a grupos hidroxilos unidos a especies de boro trigonal y tetragonal, respectivamente. Por tanto, del análisis de los PAD de alúminas modificadas con boro se puede inferir que los grupos OH de la alúmina son reemplazados por OH ligados a especies de boro. Las especies de boro trigonales fueron siempre predominantes, sin embargo la concentración relativa de compuestos tetraédricos aumenta con el contenido de boro.

Characterization by temperature programmed techniques of spent and acid treated vanadium catalysts

Spent samples of V2O5/SiO2-γAl2O3 catalyst used for H2SO4 production were acid treated to recover vanadium. Fresh, spent, and acid treated samples were characterized by temperature-programmed techniques: TPR-H2, TPO-O2, TPD-NH3 and, TGA-DTA in order to determine the effect of deactivating species on vanadium recovery. DRX and UV-Vis techniques were used to confirm several signals from the temperature-programmed profiles. The results suggest that vanadium sulfovanadates and oxides in treated samples strongly interact with the support making it difficult to get more than 86% vanadium recovery.

Muestras de V2O5/SiO2-γAl2O3 desactivado durante la producción de ácido sulfúrico se trataron con ácido con el fin de recuperar el vanadio. Los materiales se caracterizaron mediante técnicas de temperatura programada: TPR-H2, TPO-O2, TPD-NH3, y TGA-DTA con el fin de determinar el efecto de las especies responsables de la desactivación en la recuperación del metal. Análisis por DRX y UV-Vis se utilizaron para confirmar algunas señales obtenidas en los perfiles de temperatura programada. Los resultados sugieren que la presencia de sulfovanadatos y óxidos de vanadio en las muestras tratadas hacen difícil recuperar más del 86% del vanadio presente en las muestras de catalizador.

Immobilization of Jacobsen type catalysts on modified silica

Several immobilized Jacobsen type catalysts were covalently anchored on modified SiO2 using 3-aminopropyltriethoxysilane (3-APTES) as a reactive surface modifier. Characterization of the heterogeneous catalysts, as well as their precursors, by FTIR, DR UV-VIS, TGA and AAS confirms the successful immobilization of chiral Mn(III) salen complexes. These catalysts were examined for the diastereoselective epoxidation of R-(+)-limonene with in situ generated dimethyldioxirane (DMD) as oxidizing agent, yielding 1,2-epoxide as the main product. When compared to homogeneous catalysts, under similar experimental conditions, only a slight selectivity decrease over heterogeneous catalysts was observed. The immobilized catalysts were used three times maintaining the initial selectivity. However, after reusing them more than three times, selectivity to 1,2-epoxide decreased. FTIR results suggest partial degradation ofthe catalytic species. Despite the immobilization method was chosen to minimize changes in the structure of the homogeneous catalysts the diastereoselectivity (d.e.) of heterogeneous catalysts underwent a remarkable decay.

Varios catalizadores tipo Jacobsen fueron inmovilizados por enlace covalente en sílica amorfa previamente funcionalizada con 3-aminopropiltrietoxisilano (3-APTES). La caracterización de estos catalizadores y sus precursores por FTIR, DR UV-VIS, TGA y AAS permitió confirmar la inmovilización de los complejos de salen de Mn(III). Los catalizadores heterogéneos se evaluaron en la epoxidación diastereoselectiva de R-(+)-limoneno utilizando dimetildioxirano (DMD) generado in situ como agente oxidante, obteniéndose 1,2-epóxido como producto mayoritario. Bajo las mismas condiciones de reacción, los catalizadores heterogéneos mostraron una leve reducción en la selectividad en comparación con el catalizador homogéneo. La selectividad inicial se mantuvo en tres ensayos consecutivos de los catalizadores. Sin embargo, después de tres reusos, se observó pérdida de selectividad del catalizador inmovilizado. Los resultados FTIR sugieren la degradación parcial del catalizador heterogenizado. A pesar de que el método de inmovilización se seleccionó de tal manera que se minimizaran los cambios en la estructura del catalizador homogéneo, el exceso diastereomérico (d.e.) se redujo considerablemente con los catalizadores inmovilizados.

Effect of the synthesis variables of TiO₂ on the photocatalytic activity towards the degradation of water pollutants

In this work, TiO2 photocatalysts were synthesized using a conventional sol-gel and hydrothermal synthesis methods with steam pressure treatment. Photocatalysts were characterized by X-ray diffraction (XRD), diffuse reflectance spectra (DRS) and N2 adsorption-desorption. The photoactivity of the samples was analyzed towards the photooxidation of the azo dye Orange II (Or-II) and phenol using different illumination set-ups to compare the activity features of photocatalysts. The effect of the synthesis variables such as the synthesis route, water/alcoxide and alcohol/alcoxide ratios, as well as the alcohol type was analyzed. TiO2 photocatalysts obtained by hydrothermal synthesis have a better photoactivity than the particles synthesized by the chosen sol-gel route, reaching the Or-II degradation photoactivity of the commercial TiO2 P25. On the other hand, the water/alcoxide ratio and alcohol type have a marked effect on the photoactivity of the hydrothermal synthesized TiO2, whereas the alcohol/alcoxide ratio does not have a relevant effect on the Or-II degradation photoactivity.

En este trabajo, se sintetizó TiO2 usando los métodos sol-gel convencional y el hidrotérmico con un tratamiento a presión de vapor. Los fotocatalizadores se caracterizaron por difracción de rayos X (DRX), espectroscopía de reflectancia difusa (ERD) y con base en las isotermas de adsorción-desorciónde N2 se hizo el análisis textural. La fotoactividad de las muestras de TiO2 se evaluó frente a la degradación del colorante Orange II (Or-II) y del fenol bajo irradiación con diferentes sistemas de iluminación. Se analizó el efecto de las variables de síntesis del TiO2 tales como el método de síntesis, las relaciones agua/alcóxido, alcohol/alcóxido y el tipo de alcohol, sobre su fotoactividad. Los resultados muestran que el TiO2 sintetizado por el método hidrotérmico alcanzó la fotoactividad del TiO2 de referencia Degussa P25, mientras que el proceso sol-gel escogido condujo a un TiO2 menos activo. Adicionalmente, se encontró que la relación agua/alcóxido y el tipo de alcohol tienen un marcado efecto sobre la degradación del Or-II mientras que la relación alcohol/alcóxido no presentó un efecto significativo.

Oligomerization of propene over ZSM-5 modified with Cr and W

In this paper, the composition of ZSM-5 was modified with Cr and W by impregnation, isomorphous substitution and ion exchange, and the resulting catalysts were evaluated in the oligomerization of propene.

En el presente trabajo se modificó la composición de la ZSM-5 con Cr y W por impregnación, sustitución isomórfica e intercambio iónico, y los catalizadores resultantes se evaluaron en la oligomerización de propeno.

CO2 reforming of methane over Ni-Mg-Al-Ce mixed oxides derived from hydrotalcites: Mg/Ni ratio effect

Se prepararon catalizadores Ni-Ce/Mg-Al por el método de reconstrucción de hidrotalcitas en presencia del complejo [Ce(EDTA)]-. Se estudió el efecto de la relación molar Mg/Ni cuando el óxido mixto fue reconstruido con cargas del 3% en peso de Ce. Los materiales fueron caracterizados por análisis químico elemental, Difracción de Rayos X (DRX), Análisis Termo- Gravimétrico (TGA), Reducción a Temperatura Programada (TPR-H2), Oxidación a Temperatura Programada (TPO) y Desorción a Temperatura Programada de CO2(TPD-CO2). Los catalizadores reducidos fueron empleados en el reformado de metano con CO2 bajo dos regímenes de operación: i) reacción entre 500 y 800°C empleando relaciones en volumen de CH4/CO2/Ar=5/5/40 y, ii) reacción isotérmica a 700°C empleando relaciones en volumen de CH4/CO2=18/22 sin gas diluyente. Los sólidos presentaron características básicas fuertes y altas interacciones Ni-superficie que determinaron sus propiedades catalíticas. Los catalizadores con relaciones molares Mg/Ni iguales a 2 y 4 presentaron altas conversiones de CH4 y CO2 obteniéndose relaciones molares H2/CO entre 0,7 y 1,1 sin formación de coque bajo condiciones drásticas de reacción isotérmica. Las actividades y selectividades de los catalizadores fueron mayores cuando los grados de reducción del sólido se incrementaron.

Ni-Ce/Mg-Al catalysts were obtained by means of the hydrotalcite reconstruction method in the presence of [Ce(EDTA)]- complex. The effect of the Mg/Ni ratio was studied when the mixed oxide was reconstructed with 3 wt. % Ce loadings. The materials were characterized by X-Ray Diffraction (XRD), Thermal-Gravimetric Analysis (TGA), Temperature-Programmed Reduction (TPR-H2), Temperature-Programmed Oxidation (TPO) and CO2 Temperature-Programmed Desorption (TPD-CO2). The reduced catalysts were tested in CO2 reforming of methane under two operation regimens: i) reaction between 500 to 800°C using volumetric ratios of CH4/CO2/ Ar=5/5/40 and, ii) isothermal reaction at 700°C using volumetric ratios of CH4/CO2=18/22 without diluent gas. The solids showed strong basic characteristics and high Ni-surface interactions which determined their catalytic performance. Catalysts with Mg/Ni molar ratios of 2 and 4 showed high CH4 and CO2 conversions with H2/CO molar ratios between 0.7 and 1.1 without coke formation under severe isothermal reaction conditions. The yields and activities were higher when reduction increased.

Low temperature catalytic adsorption of NO over activated carbon honeycomb (ACH) monoliths

Se desarrolló un monolito tipo celular de carbón activado (ACH) para la adsorción de NO a 30°C. Para la preparación de los monolitos celulares se usó como aglomerante la carboximetilcelulosa (CMC) y como coaglomerante brea de alquitranes de carbón (BAC). Se estudiaron los efectos de la adición de O2 y la presencia de cobre como catalizador. Para las muestras de monolito de carbón activado impregnado con Cu, la presencia de O2 favoreció la adsorción de NO incrementando el tiempo del punto de quiebre (breakthrough) y la capacidad de adsorción.

An activated carbon honeycomb (ACH) monolith was developed for the adsorption of NO at 30°C. For ACH monoliths preparation carboxymethylcellulose (CMC) and coal tar pitch were used as binder and co-binder, respectively. The effects of the addition of O2 and the presence of copper as catalyst were studied. For the Cu-impregnated activated carbon monolith samples, the presence of O2 favored NO adsorption by increasing the breakthrough time and the adsorption capacity.

Decolorization of textile wastewater using the white rot fungi anamorph R1 of Bjerkandera sp

Se evaluó la decoloración de aguas residuales sintéticas y reales de la industria textil empleando el hongo de la pudrición blanca de la madera anamorfo R1 de Bjerkandera sp. Se analizó el efecto de la presencia de las sales NaCl y Na2CO3, de la concentración del agua residual y de la esterilización, sobre el grado de decoloración. También se evaluó el efecto de la decoloración sobre la toxicidad frente a la bacteria bioluminiscente Vibrio fischeri. Los resultados demostraron que la presencia de sales incrementan la actividad de la enzima ligninoperoxidasa de 5 a 20 U/L, sin detrimento de la actividad de manganeso peroxidasa (70 U/L). Además, se observó que las sales incrementan el grado de adsorción del colorante a la biomasa del hongo, mejorando la decoloración por efecto de ambos mecanismos, degradación y adsorción. El porcentaje de decoloración alcanzado con aguas sintéticas suplementadas con sales fue del 75%. El tratamiento de decoloración de efluentes textil es en condiciones estériles, alcanzó un 65% en 8 días y se obtuvo una reducción de su toxicidad del 58% respecto a las aguas reales sin tratar. Con efluentes textiles no estériles, se alcanzó una decoloración del 40%. La presencia de microorganismos contaminantes competidores del sustrato y el incremento del pH por el metabolismo de los hongos, fueron probablemente las principales causas de la baja decoloración.

Decolorization of synthetic and industrial wastewaters from textile industry by the anamorph R1 of white rot fungi Bjerkandera sp. was evaluated. The presence of NaCl and Na2CO3 wastewater concentration and treatment with non-sterile wastewater on decolorization were analyzed. In addition, the decolorization effect on wastewater toxicity was analyzed with Vibrio fischeri as target microorganism. The presence of salts in the treatment increased the lignin peroxidase activity from 5 to 20 U/L, without detriment of manganese peroxidase activity which remained at 70 U/L, also. The presence of salts also enhances dye adsorption degree over fungi biomass, improving the decolorization by the two mechanisms, degradation and adsorption. In hipersaline synthetic wastewater, the percentage of decolorization was 75%. The decolorization treatment of sterile textile effluents reached 65% in 8 days and the toxicity reduction was 58% with respect to untreated textile effluents. In non-sterile textile effluents, only 40% of decolorization was obtained. The presence of contaminant microorganisms which compete by substrate and increase pH by fungus metabolism, were likely the main causes of low decolorization.